Dodano: 09 maj 2018r.

Naukowcy wyszkolili pająka, by skakał na rozkaz

Badaczom udało się nauczyć pająka, by skakał na komendę. Wszystko po to, by dokładnie sprawdzić, jak tym małym stworzeniom udaje się skakać na tak duże odległości. Praca naukowców może w przyszłości zaowocować nową generacją robotów.

 

Jest wiele gatunków pająków, które potrafią skakać, ale gatunek Phidippus regius z rodziny skakunowatych robi to po królewsku, stąd też jest nazywany królewskim pająkiem skaczącym (regal jumping spider). Naukowcy wykorzystali ten właśnie gatunek do swoich badań. Jeden z pająków, samica nazwana przez uczonych Kim, była badany na wiele sposobów. Wszystko po to, by ustalić, jak tym małym stworzeniom udaje się skakać na tak duże odległości.

Badacze Uniwersytetu w Manchesterze chcą odwzorować technikę skoków pająka w nowej generacji mikro-robotów. Ich badania zostały opublikowane na łamach „Scientific Reports”.

Phidippus regius to niezwykły gatunek. Osiąga około dwóch centymetrów długości i jest niezwykle inteligentny. Sposób chwytania ofiary różni się od tego, który można zaobserwować u innych pająków. Stworzenia te podkradają się do zdobyczy, by w końcowym etapie skoczyć na nią i ją pochwycić.

 

Pająki te potrafią skakać na odległość sześciokrotnie przekraczającą długość ich ciała. Da porównania ludzie mogą z trudem skoczyć na odległość około 1,5 raza długości ciała. Oczywiście chodzi o skok z miejsca (konkurencja skoku w dal z miejsca była rozgrywana na letnich igrzyskach olimpijskich od 1900 do 1912 roku. Rekord ustanowił Ray Ewry w 1904 roku skacząc na odległość 3,47 metra).

Ale uczenie pająków skakania nie było łatwym zadaniem. Najpojętniejszym pająkiem okazała się wspomniana już samica Kim. Naukowcy zarejestrowali dziesiątki skoków Kim za pomocą zaawansowanych technologicznie aparatów fotograficznych, aby odkryć sekrety jej niesamowitej techniki.

Badanie wykazało, że pająki te mają kilka różnych stylów skoków w zależności od odległości, na którą chcą się dostać. Z bliskiej odległości (w przybliżeniu dwie długości ciała), Kim preferowała szybszą i niższą trajektorię lotu. Ale w przypadku dłuższych skoków (około sześciu długości ciała) korzystała z bardziej energooszczędnego stylu.

Uczeni zauważyli również, że Kim zaczepiała sieć do platformy przed skokiem. Może ona spełniać funkcje stabilizacyjną lotu lub asekuracyjną - w przypadku, gdy cel okaże się za daleko.

Pająki wykorzystują ciśnienie hydrauliczne z płynów w nogach, aby przedłużyć kończyny, ale wciąż nie wiadomo, czy mogą one wykorzystywać ciśnienie hydrauliczne do wzmocnienia, a nawet zastąpienia siły mięśni podczas skoku.

- Nasze wyniki sugerują, że podczas gdy Kim może poruszać nogami korzystając z hydrauliki, nie potrzebuje dodatkowej mocy poza siłą mięśni, aby osiągnąć wyjątkową wydajność skoków – powiedział Bill Crowther, członek zespołu badawczego. - Dlatego rola ruchu hydraulicznego u pająków pozostaje otwartym pytaniem – dodał.

Badanie to nie tylko doprowadziło do głębszego zrozumienia anatomii Phidippus regius. Ma również ważne implikacje dla budowania wspomnianych wcześniej małych robotów. Czerpanie inspiracji z natury może pomóc w rozwiązaniu niektórych z ograniczeń, a skoki pająków oferują kilka wskazówek.

Wynikiem obserwacji była konstrukcja modelu struktury ciała pająka i jego nóg. Analiza nagrań w połączeniu z modelami pozwoliła badaczom lepiej zrozumieć siły leżące u podstaw skoku Phidippus regius. Jednak zbudowany mechanizm mający służyć do skoków ostatecznie zawiódł. Badacze pracują nad nowym.

Dzięki pracy naukowców mogą powstać nowe modele robotów skaczących czy latających. - Siła nacisku na nogi podczas skoku może być nawet pięciokrotnie większa w stosunku do masy pająka. To niesamowite. Jeśli uda nam się zrozumieć, w jaki sposób te pająki to robią, będziemy mogli zastosować zdobytą wiedzę do innych obszarów badań – zaznaczył Mostafa Nabawy, inżynier mikrosystemów również zaangażowany w badania.

 

Źródło: BBC, Science Alert, fot. Scientific Reports